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Contrôle des propriétés optiques des solides avec des ondes acoustiques – Technologik

L'un des principaux défis de la recherche en science des matériaux est de parvenir à une grande accordabilité des propriétés optiques des semi-conducteurs à la température ambiante. Ces propriétés sont régies par les "excitons", qui sont des paires d'électrons négatifs et des trous positifs dans un semi-conducteur.

Les excitons sont devenus de plus en plus importants en optoélectronique et les dernières années ont été marquées par une poussée de la recherche de paramètres de contrôle – température, pression, champs électriques et magnétiques – pouvant ajuster les propriétés excitoniques. Cependant, des changements assez importants n'ont été obtenus que dans des conditions d'équilibre et à basse température. Les changements importants à la température ambiante, qui sont importants pour les applications, ont jusqu'à présent fait défaut.

Cet objectif vient d'être atteint dans le laboratoire de Majed Chergui à l'EPFL au sein du Centre des sciences ultra-rapides de Lausanne, en collaboration avec les groupes théoriques d'Angel Rubio (Institut Max-Planck à Hambourg) et Pascal Ruello (Université du Le Mans). Publication en Progrès de la science, l’équipe internationale montre pour la première fois le contrôle des propriétés excitoniques par ondes acoustiques. Pour ce faire, les chercheurs ont lancé une onde acoustique haute fréquence (en centaines de gigahertz) de grande amplitude dans un matériau utilisant des impulsions laser ultra-courtes. Cette stratégie permet en outre la manipulation dynamique des propriétés de l'exciton à grande vitesse.

Ce résultat remarquable a été obtenu avec le dioxyde de titane à la température ambiante, un semi-conducteur bon marché et abondant utilisé dans une grande variété de technologies de conversion de la lumière et de l’énergie telles que le photovoltaïque, la photocatalyse et les substrats conducteurs transparents.

"Nos conclusions et la description complète que nous proposons offrent des perspectives très intéressantes pour des applications telles que les dispositifs acousto-optiques bon marché ou la technologie de détection des contraintes mécaniques externes", explique Majed Chergui. "L'utilisation d'ondes acoustiques à haute fréquence, telles que celles générées par des impulsions laser ultracourtes, en tant que schémas de contrôle d'excitons ouvre une nouvelle ère pour les acousto-excitoniques et les excitoniques actifs, analogues aux plasmoniques actifs, qui exploitent les excitations de plasmon des métaux."

"Ces résultats ne sont que le début de ce qui peut être exploré en lançant des ondes acoustiques à haute fréquence dans les matériaux", ajoute Edoardo Baldini, auteur principal de l'article et actuellement au MIT. "Nous espérons les utiliser à l'avenir pour contrôler les interactions fondamentales régissant le magnétisme ou pour déclencher de nouvelles transitions de phase dans les solides complexes."

Source de l'histoire:

Matériaux fourni par Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. Original écrit par Majed Chergui, Nik Papageorgiou. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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